(57)【要約】【課題】シェーディングの発生を抑制できる固体撮像素子を提供する。【解決手段】各々光の入射側端部が開口された隔壁１４により囲まれた状態で基板１２上に配設された複数の受光部１６により受光面を構成し、隔壁１４内の導光路２２により前記開口に入射された光を前記受光部１６の配設位置まで導く。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々光の入射側端部が開口された隔壁により囲まれた状態で半導体基板上に配設された複数の受光素子により受光面が構成された固体撮像素子であって、
前記隔壁内に前記開口に入射された光を前記受光素子の配設位置まで導くための導光手段を設けた
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記導光手段を、前記受光面の外周部を含む一部領域を構成する受光素子に対応する隔壁内のみに設けたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記導光手段を、前記受光面の中心部から外周部に近づくほど配設密度が高くなるように設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記導光手段を、光ファイバーとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記複数の受光素子を、前記受光面の外周部に近い受光素子ほど受光面積が広いものとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各々光の入射側端部が開口された隔壁により囲まれた状態で半導体基板上に配設された複数の受光素子により受光面が構成された固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）エリアセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージ・センサ等の固体撮像素子の高解像度化が進んでいる。
【０００３】
この種の固体撮像素子では、高解像度化を実現するために、撮像素子自体の受光面の面積を変えずに、受光素子毎の受光面積を狭くすることにより受光素子の数を多くすることが一般に行われている。
【０００４】
このような技術においては、各受光素子の受光面積が狭いため、受光素子に入射する光量が少ないと感度低下を招くことになる。よって、受光素子にできるだけ多くの光を入射させることが課題となっている。
【０００５】
このような近年の高解像度化が進む固体撮像素子に関する技術として、従来、半導体基板の表面部に受光素子が多数配設され、各受光素子の周囲が隆起し、半導体基板表面上に受光素子外への光の入射を阻み、かつセンサー開口を有する遮光膜が形成され、該遮光膜上にセンサー開口の形成を高精度に行なうための反射防止膜が形成された固体撮像素子において、各受光素子の感度低下を伴なうことなく遮光膜の加工精度を高めることを目的として、反射防止膜の少なくとも各受光素子の周囲部上にある隆起部の内側面上に当たる部分をぬき部とした技術があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
すなわち、この技術により、各受光素子の周囲部上にある隆起部の内面に入射した光の多くが遮光膜の内側面にてセンサー開口へ向けて反射され、該反射光も含めて受光素子により受光されるため、各受光素子の感度を向上させることができる。また、センサー開口を形成するために行なわれる露光処理において、露光光線の遮光膜での反射が反射防止膜により防止できるので、遮光膜の加工精度が高まる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−２５０６９１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、固体撮像素子においては、受光面の外周部に近づくほど受光光量が減少することに起因して、撮像画像の周辺部が暗くなる、いわゆるシェーディングが生じることがある。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、受光面の位置により受光光量が異なることについては何ら考慮されておらず、シェーディングの発生を防止することができない、という問題点があった。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、シェーディングの発生を抑制できる固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の固体撮像素子は、各々光の入射側端部が開口された隔壁により囲まれた状態で半導体基板上に配設された複数の受光素子により受光面が構成された固体撮像素子であって、前記隔壁内に前記開口に入射された光を前記受光素子の配設位置まで導くための導光手段を設けたことを特徴としている。
【００１２】
請求項１に記載の固体撮像素子によれば、各々光の入射側端部が開口され、かつ受光面を構成する複数の受光素子を囲む状態とされている隔壁内に設けられた導光手段により、前記開口に入射された光が前記受光素子の配設位置まで導かれる。
【００１３】
これにより、隔壁の開口に入射された光が効率よく受光素子の配設位置まで導かれ、導光手段を設けない場合に比較して、より多くの光を各受光素子にて受光することができるようになり、この結果としてシェーディングの発生を抑制することができる。
【００１４】
このように、請求項１に記載の固体撮像素子によれば、各々光の入射側端部が開口された隔壁により囲まれた状態で半導体基板上に配設された複数の受光素子により受光面を構成し、前記開口に入射された光を前記受光素子の配設位置まで導光手段により導くようにしているので、シェーディングの発生を抑制できる。
【００１５】
ところで、導光手段は、受光面を構成する全ての受光素子を囲む隔壁内に設けてもよいが、シェーディングが、固体撮像素子の受光面の外周部に近づくほど受光光量が減少することに起因して生じる、撮像画像の周辺部が暗くなる現象であることを考慮すると、請求項２に記載の発明のように、前記導光手段を、前記受光面の外周部を含む一部領域を構成する受光素子に対応する隔壁内のみに設ける形態とすることもできる。
【００１６】
これにより、中心部に位置する受光素子と外周部に位置する受光素子との受光光量の差が小さくなり、シェーディングの発生を効果的に抑制できる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明のように、前記導光手段を、前記受光面の中心部から外周部に近づくほど配設密度が高くなるように設ける形態とすることもできる。
【００１８】
これにより、受光面の中心部から外周部に近づくほど受光素子による受光光量を増加させることができ、外周部に近づくほど受光光量が減少することに起因するシェーディングの発生を、より高精度に抑制することができる。
【００１９】
ところで、本発明において隔壁内に導光手段を設ける方法としては、隔壁内面に高反射率の金属材料や樹脂、塗料等を塗布する方法や、隔壁内に光透過性に優れた樹脂やガラス等の材料を複数種類充填し、隔壁内面と隔壁内の中心部分とで反射率の異なる層を形成する方法等を例示することができる。
【００２０】
また、請求項４に記載の固体撮像素子のように、前記導光手段を、光ファイバーとしてもよい。
【００２１】
請求項４に記載の固体撮像素子によれば、隔壁内に光ファイバーが設けられるので、隔壁開口に入射された光を光ファイバーの全反射特性により効率よく受光素子に導くことができ、シェーディングの発生を効果的に抑制できる。
【００２２】
一方、請求項５に記載の固体撮像素子は、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の発明において、前記複数の受光素子を、前記受光面の外周部に近い受光素子ほど受光面積が広いものとしている。
【００２３】
これにより、本発明の導光手段による効果に加え、外周部に近い受光素子ほど増加する受光光量の不足分を受光素子の受光面積でも補うことができるので、より高精度でかつ効率的にシェーディングの発生を抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、ここでは、本発明をＣＣＤエリアセンサに適用した場合について説明する。
【００２５】
まず、図１を参照して、本実施の形態に係るＣＣＤエリアセンサ（以下、単に「ＣＣＤ」という。）１０の構成を説明する。
【００２６】
ＣＣＤ１０は、半導体基板（以下、単に「基板」という。）１２と、基板１２と所定の間隔をおいて重ね合わされたマイクロレンズ２０とを含んで構成されている。
【００２７】
基板１２には、表面に当該ＣＣＤ１０の受光面を構成する複数の受光部１６が平面視マトリクス状（２次元状）に配設され、各受光部１６を囲むように隔壁１４が設けられている。
【００２８】
また、マイクロレンズ２０には、各受光部１６に１対１で対応する集光部２０Ａが設けられており、ＣＣＤ１０に入射された光を効率よく集光させて受光部１６に照射するようになっている。
【００２９】
ＣＣＤ１０では、受光部１６で光電変換により受光光量に応じた電荷（信号電荷）が蓄積され、各受光部１６に蓄積された電荷がそれぞれ隔壁１４内部に設けられた不図示の転送路によって転送されることにより、外部に読み出されるようになっている。
【００３０】
ここで、図１に示すように、本実施の形態に係るＣＣＤ１０は、撮像画像にシェーディングが発生することを防止するために、受光部１６の受光面積が、ＣＣＤ１０の受光面における外周部（図１における左側）に近いほど広くなるようにしている。
【００３１】
さらに、ＣＣＤ１０には、隔壁１４内部に導光性に優れた光ファイバによって構成された導光路２２及びカラーフィルタ１８が設けられている。導光路２２は、各々、一端が受光部１６に接すると共に、他端がマイクロレンズ２０の対応する集光部２０Ａに対向しており、当該対向面が光を採光する採光口となっている。そして、当該採光口には、対応する受光部１６により受光すべき光の色を透過させるカラーフィルタ１８が設けられている。また、当該採光口は、ＣＣＤ１０における受光面の中心方向に向けて傾斜すると共に、当該受光面における外周部に近いものほど、基板１２の表面に対する傾斜角が大きくなるように設けられている。
【００３２】
これにより、マイクロレンズ２０の各集光部２０Ａにより集光された入射光は、それぞれカラーフィルタ１８を介し、かつ上記採光口及び導光路２２内を介して、効率よく受光部１６の方向へ導かれる。
【００３３】
以下、本実施の形態に係るＣＣＤ１０の製造プロセスについて説明する。
【００３４】
まず、シリコンウェハからなる基板１２に対して各種不純物のドーピング及び酸化膜の積層を繰り返すことにより、受光部１６、垂直転送路及び水平転送路を構成する層が含まれた積層物を構成する。
【００３５】
次に、当該積層物に対してエッチングによって各画素毎の受光部１６に至るまで掘り下げることにより隔壁１４を形成する。
【００３６】
なお、ここまでの製造プロセスは従来から行われているものであり、これ以上の詳細な説明は省略する。また、ここまでの製造プロセスは、以上のものに限らず、従来からＣＣＤの製造プロセスとして適用されている他の既存手法を適用することができる。
【００３７】
ここで、本実施の形態に係るＣＣＤ１０の製造プロセスでは、以上の従前から行われているプロセスに加え、各隔壁１４の内部に別工程により製作した光ファイバを挿入し、エポキシ樹脂により隔壁１４内面に固定して各受光部１６に対する導光路２２を形成する。
【００３８】
その後、カラーフィルタの材料を光ファイバの採光口に層状に堆積させることによりカラーフィルタ１８を形成し、更に、その上面にマイクロレンズ２０を設ける。
【００３９】
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係るＣＣＤ１０によれば、各々光の入射側端部が開口された隔壁１４により囲まれた状態で基板１２上に配設された複数の受光部１６により受光面を構成し、導光路２２により前記開口に入射された光を受光部１６の配設位置まで導くようにしているので、シェーディングの発生を抑制できる。
【００４０】
また、本実施の形態に係るＣＣＤ１０によれば、導光路２２を光ファイバーとしたので、隔壁１４の開口に入射された光を光ファイバーの全反射特性により効率よく受光部１６に導くことができ、シェーディングの発生を効果的に抑制できる。
【００４１】
さらに、本実施の形態に係るＣＣＤ１０によれば、受光面を構成する受光部１６の中でも他の受光部１６に比べて受光光量が不足する傾向にある、受光面の外周部に近い受光部１６ほど受光面積が広くなるようにしているので、導光路２２による効果に加え、外周部に近い受光部１６ほど増加する受光光量の不足分を受光部１６の受光面積でも補うことができ、より高精度でかつ効率的にシェーディングの発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、受光面を構成する全ての受光部１６に対して導光路２２を設ける形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受光面の中心部と外周部とで、外周部の方が導光路２２の配設密度が高くなるように構成してもよい。
【００４３】
例えば、一例として図２に示すように、受光面を同図の一点鎖線で示すような同心円により複数の領域（同図では、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの領域）に区分し、領域Ａから領域Ｄにかけて、導光路２２の配設密度が徐々に高くなるように構成してもよい。この構成により、導光路２２を全ての受光部１６に対応させて設ける場合に比較して、より高精度でかつ効率的にシェーディングの発生が抑制されるが、必要に応じて各領域における受光部１６の受光面積及び採光口の向きを変えることでさらにシェーディング発生の抑制効果が得られる。
【００４４】
また、受光面の外周部を含む一部領域における受光部１６に対してのみ導光路２２を設ける形態としてもよい。
【００４５】
この場合、一例として図３に示すように、受光面の外周部（図３における左側）に近い受光部１６にのみ導光路２２が設けられ、隔壁１４とマイクロレンズ２０との間にシート状のカラーフィルタ１９が設けられる。なお、同図に示す例では、各受光部１６の受光面積及び採光口の向きを一定としているが、図１に示したＣＣＤ１０のように、受光面の外周部に近づくものほど受光面積を広くしたり、採光口の傾斜角を大きくしたりすることができることは言うまでもない。
【００４６】
このような構成によっても、中心部に位置する受光素子と外周部に位置する受光素子との受光光量の差が小さくなり、シェーディングの発生を抑制できる。
【００４７】
また、本実施の形態では、本発明の導光手段として、別工程で製作した光ファイバを適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の導光手段として、例えば、ＣＣＤの製造プロセスにおいて各隔壁１４内に光学硝子の材料を用いて導光路２２を形成することにより、当該導光路２２を適用してもよく、また、隔壁１４の壁面に対して真空蒸着等の手法によりアルミニウム等の金属膜を形成することにより、当該金属膜を適用してもよい。
【００４８】
また、以上のＣＣＤ１０の構成（図１及び図３）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００４９】
例えば、マイクロレンズ２０及びカラーフィルタ１８は、それぞれ感度向上及びカラー画像取得の目的で適宜ＣＣＤ１０に含められるものであり、これらの少なくとも一方を含まない構成とすることも可能である。
【００５０】
更に、本実施の形態では、本発明をＣＣＤエリアセンサに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＣＤラインセンサに適用することもでき、ＣＣＤ以外の、例えばＣＭＯＳイメージ・センサに適用することもできる。これらの場合にも、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る固体撮像素子によれば、各々光の入射側端部が開口された隔壁により囲まれた状態で半導体基板上に配設された複数の受光素子により受光面を構成し、前記開口に入射された光を前記受光素子の配設位置まで導光手段により導くようにしているので、シェーディングの発生を抑制できる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るＣＣＤの構成を示す側面断面図である。
【図２】実施の形態に係るＣＣＤの受光面を複数の領域に区分した状態を示す概略平面図（模式図）である。
【図３】ＣＣＤの他の構成例を示す側面断面である。
【符号の説明】
１０    ＣＣＤ
１２    基板（半導体基板）
１４    隔壁
１６    受光部（受光素子）
１８    カラーフィルタ
１９    カラーフィルタ
２０    マイクロレンズ
２０Ａ    集光部
２２    導光路（導光手段）
【図１】
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【図２】
2005019699.tif 000004
【図３】
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